摘  要： 針對某燃料運輸有限公司燃煤運輸車輛的管理現狀，以GPS、GPRS、GIS和數據庫等技術為支撐，對該燃料運輸有限公司的燃運車輛監控管理需求做了細致的分析，提出燃運車輛GPS監控系統總體設計方案，實現了燃運車輛GPS監控系統，包括車輛管理、駕駛員管理和在途運輸監控等功能。

　　關鍵詞： GPS；GIS；GPRS；燃運車輛；監控

　　監控運輸車輛可以有效減少車輛事故和提高行車效率。目前，車輛GPS監控系統集成許多先進的技術，如衛星定位技術GPS（Global Positioning System）、無線網絡通信技術GPRS（General Packet Radio Service）、地理信息系統GIS（Geographic Information System）、數據庫技術以及網絡運營優化等，通過以上技術的綜合運用，能實現對運輸車輛的行駛數據自動收集、傳送、儲存、分析以及備份，對運輸車輛進行合理調配以及實時監控[1]。

　　1 背景與現狀分析

　　石河子天富燃料運輸有限公司（簡稱為燃運公司）的主要任務是拉運燃煤，確保石河子4個熱電廠和供熱公司燃煤的采購供應運輸，轄區內農牧團場的集中供暖、農工生活用煤。燃運公司由最初幾輛運輸車增長至現今的幾十余輛，公司的規模不斷擴大，效益不斷提高，同時帶來了許多新的問題。駕駛員的違章率高達30%，路橋費用、運輸車輛私用率以及車輛油耗增加，運輸公司車輛管理工作者的工作量增大很多。

　　針對燃運公司車輛管理現狀，綜合運用GPS、GPRS、GIS和計算機軟件開發技術，設計并實現了燃運公司車輛監控系統。其中，GPS技術實現對車輛進行定位；GPRS技術實現車輛定位數據的傳輸；GIS技術則以電子地圖的方式實時顯示車輛地理位置；計算機軟件開發技術實現燃運公司對在途運輸車輛的實時監控系統。在對燃料公司車輛管理狀況充分調研的基礎上，按照軟件工程的思想，運用面向對象技術、Visual C++、SQL Server 2005和MapX技術，設計并實現了車輛管理、在途運輸車輛監控管理等模塊。

　　2 燃運車輛GPS監控系統分析

　　2.1 功能需求分析

　　下面將主要從車輛管理功能、監控功能、系統管理功能和通信服務功能等4方面對系統進行分析。

　　2.1.1 車輛管理功能

　　車輛管理功能中主要包括車輛注冊和車輛查詢等。除了車輛等基本信息管理外，重點是對燃運車輛進行實時監控，對車輛及時定位，實時掌握車輛信息及駕駛員信息。因而，為實現對運輸車輛的監控，在每一輛車上配備GPS車載單元，通過GPRS獲得車載信息，可通過系統對它們進行監控和管理。在以下幾項具體的操作中，只有車輛查詢和駕駛員查詢操作，一般監控人員可以操作外，其他的操作可以由監控系統的系統管理員操作。

　　（1）車輛注冊

　　車輛注冊主要針對新入網的車輛基本信息進行登記。燃運公司內的貨運車輛只有通過審驗合格和管理部門審批后，才能由車輛管理人員將車輛的具體信息錄入數據庫中，以便實施監控和管理。

　　（2）車輛注銷

　　一方面，隨著燃運公司的煤炭運輸任務的加重，公司內部的貨運車輛遠遠不夠使用，為了解決車輛短缺的問題，就通過尋找一些能夠長期拉運燃煤的私營業主的貨運車輛的辦法來解決。當這些社會車輛今后不再承擔煤炭運輸任務時，可以刪除這些車輛信息。另一方面，由于拉運燃煤的車輛長時間使用且多行駛在礦區，超負荷運轉難以繼續使用，或達到報廢年限，不得不將它們的信息進行注銷。

　　（3）車輛查詢

　　通過對車輛的查詢可了解車輛的具體情況，為監控工作人員提供管理的依據。查詢時，可根據車輛的車牌號碼、車輛顏色、車輛型號、駕駛員等信息進行搜索。

　　（4）車輛信息修改

　　在燃運公司的運輸車輛，如果遇到車輛的車牌號碼更改及車輛重新噴漆等情況時，就需要更新數據，修改數據庫中車輛的基本信息。

　　（5）駕駛員信息添加、刪除與修改

　　對燃運公司具有駕駛資質的駕駛人員的信息進行添加，所要添加的信息主要包括駕駛人員的姓名、年齡、駕駛證號、聯系方式等基本信息。如駕駛人員從燃運公司離職，就要將其數據信息刪除。駕駛員的信息如變化，比如駕駛員的移動電話、家庭住址等，就需要將駕駛員信息進行修改。

　　（6）駕駛員信息查詢

　　當遇到有緊急的運輸任務需要和駕駛員及時聯系，可通過查詢的方式，找到駕駛員的移動電話，以便聯系。

　　2.1.2 監控功能

　　監控功能是設計運行燃運車輛GPS監控系統的主要目的。用戶通過監控界面查看車輛的具體行駛位置，查看運輸車輛歷史行駛軌跡，實現運輸車輛及時定位等。此外，在監控界面的電子地圖區域能對地圖進行縮放、漫游和平移等操作，方便清晰地查看車輛位置信息。監控功能模塊的用例圖如圖1所示。

　　（1）地圖查看

　　電子地圖顯示功能是系統進行監控的必備的條件，在電子地圖上用戶可實時查看車輛的準確位置，依據地圖判斷車輛行駛情況。在電子地圖上還可以進行放大、縮小和鷹眼效果。

　　（2）車輛位置定位

　　在本系統中，為了能將燃運車輛的位置準確地顯示在電子地圖上，考慮用形象的帶有方向性圖標代表車輛的行駛方位，圖標的位置即代表車輛的位置。

　　由于車輛的位置是處于動態變化的，所以車輛在地圖上顯示時也是動態的。通常車輛的位置是在道路上，尤其是正在行駛中的車輛，表現在電子地圖上時，車輛的圖標也應該在地圖對應的道路上。然而由于GPS定位存在一定誤差，實時的車輛圖標經常無法和地圖上的道路一致，此時就要將圖標的位置與道路進行匹配，就需要不斷地把從車載終端中接收的車輛位置信息投射到電子地圖上，使車輛在地圖上的運動狀態和實際的行駛狀況相一致[2]。

　　（3）歷史軌跡回放功能

　　燃運公司內運輸車輛的發車情況、行駛路徑、速度和事件等信息都由監控中心所監控，并存儲在數據庫中，需要時可從數據庫中調出特定時間段內車輛的位置數據用來實現重新回放功能。

　　（4）報警處理

　　監控系統能夠及時的處理來自燃運車輛的報警。在途運輸車輛，如果出現了超速和駛離規定的路線時，會將信息傳送給監控終端，這時一般監控人員可以根據報警信息及時處理，可以啟動與車載終端的通話等處理措施。

　　（5）電子圍欄設定

　　在煤炭運輸過程中，如果出現迷路、司機干私活等情況，運輸車輛會偏離正常路線。為防止這些情況，應設置一定的區域限制。如車輛一旦出現偏離正常行駛路線時，系統會報警提示。

　　由于在監控軟件中對經緯度范圍和速度參數的設定，當出現超范圍或超速時，除了監控終端會給監控人員報警外，車載終端設備也會給駕駛員提示越界或超速報警信息。

　　2.1.3 系統管理功能

　　監控中心對車載終端發來的緊急狀態報警信息要有效地控制和處理。對緊急事件發生時的緊急標識符的位置和數量進行管理并存入后臺數據庫。當任務完成后，刪除緊急狀態控制標志及相應的后臺信息、存檔。

　　（1）數據庫恢復與備份

　　為了讓系統能夠安全穩定地運行，防止系統出現操作失誤或系統故障導致數據丟失，需將數據庫備份到磁帶或其他存儲介質上，以便于對歷史數據進行查詢和系統恢復等。

　　（2）用戶管理

　　對系統中的用戶進行權限的劃分，不同權限用戶所使用的功能略有區別。關于權限控制方面的需求，在系統中采用基于角色的權限控制機制，允許管理員對具有特殊要求的資源進行操作，而非管理員權限的用戶登錄系統后，所見到的只是權限設定訪問模塊。在監控中心系統中，將所有用戶分為管理員和一般監控人員兩類。

　　2.1.4 通信服務

　　通信服務功能主要是為監控系統的數據傳輸和監控功能提供服務支持，作為后臺通信服務系統，通信服務功能實現與否，直接影響系統的運行狀況。

　　通信服務功能支持信息發送和接收，保障監控中心與終端之間的聯絡。車輛的定位信息是通過無線通信技術發送到管理監控中心的，監控中心需具有將車載終端發來的接收和信息解碼功能。監控中心面向所有的燃煤運輸車輛發送一些控制指令。通信服務模塊用例圖如圖2所示。

　　2.2 系統非功能需求

　　監控系統設計時多方面考慮到今后運行的穩定以及后續擴展，在設計時還考慮以下幾點。

　　（1）可靠性

　　燃運車輛GPS監控系統要運行穩定，為車輛監控和企業的人身財產安全提供有力的保障。除硬件設置可以實現高性能外，在采用安全性數據庫軟件的基礎上，還要在監控軟件設計中要有用戶權限設置和身份驗證等功能。

　　（2）經濟實用性

　　針對燃運公司中小規模特點，系統架構時要以簡單、有效為目標。在構造系統時，使用易實現的C/S模式，降低系統架構的硬件成本，利于數據的管理和維護。在設計軟件時系統的界面要友好，操作簡單，有利于監控人員及時了解車輛的實時運行狀態。

　　（3）可擴展性

　　因為面對的是一個中小型的燃料運輸企業的車輛管理業務原型，構建系統時應充分考慮今后系統擴大容量的問題。選用面向對象的程序設計軟件，預留可擴展的模塊，用以實現用戶的新需求。各硬件設計應符合工業標準，通信技術設計時應遵循標準的協議，數據庫等軟件設計時應使用標準接口，都便于今后系統的擴展[3]。

　　3 燃運車輛GPS監控系統的設計

　　構建燃運車輛GPS監控系統的C/S兩層架構。設計時充分考慮燃運公司實際情況，系統設計結構簡單易實現的原則。設計出系統總體結構、監控中心軟件功能模塊和燃運車輛監控系統的數據庫。

　　3.1 系統總體結構設計

　　根據燃運公司的規模特點、功能需求，構建了基于C/S模式的監控系統設計圖，如圖3所示。燃運車輛GPS監控系統由監控中心、GPRS網絡和車載終端3部分組成。監控中心負責整個監控系統內所有流動數據的存儲轉發工作，GPRS網絡負責GPS信息的運輸，車載終端負責接收GPS衛星定位信號和自身車輛狀態的采集。

　　車輛監控系統中車載終端的通信方式使用GPRS無線網絡通信。而GPRS網絡和監控中心的無線傳輸方式用GPRS無線DDN傳輸業務來實現的。GPRS無線DDN系統向用戶提供車載終端與監控終端的透明數據通道。監控中心通過DDN專線接入中國移動的路由器，路由器為通信服務器分配私有IP地址，保證系統數據傳輸中安全性、可靠性和數據傳輸延遲時間。

　　3.2 監控中心功能設計

　　充分考慮車輛監控系統的需求分析，設計了監控系統基本功能模塊，如圖4所示。

　　3.3 數據庫表設計

　　數據庫系統采用Microsoft SQL Server 2005，構建基于C/S模式的數據庫系統。本系統中涉及數據量較大，需要建立相關的數據庫系統，以保證能提供數據存儲、事后查詢需求。系統中需要存儲的數據有：車輛基本屬性、用戶信息、GPS軌跡數據、用戶操作日志數據、報警信息管理和其他業務數據等。車輛監控系統的數據庫（DB_gps）中部分數據表為：車輛基本信息表、車輛定位數據表、操作員信息表、報警事件表和駕駛員表等。

　　4 燃運車輛GPS監控系統的實現

　　監控軟件是個標準的Windows應用程序，如圖5所示。監控系統主界面主要包括左右兩部分。左側為車輛列表，列表中為監控系統中所有安裝有車載終端的車輛，右側為地圖界面，在地圖界面中用戶可看到車輛行駛狀態，并且依據由車載終端傳遞車輛位置數據的間隔時間，每隔一段時間就對地圖刷新一次，從而達到對車輛的實時顯示。在監控系統平臺上，可以看到燃運車輛的具體動態，根據燃運車輛運行的經緯度數據等投射在電子地圖上，即將車輛在地圖上顯示。

　　基于C/S模式的燃運車輛GPS監控系統在石河子天富燃料運輸有限公司的實施與應用，不僅解決了對在途燃運車輛的實時監控、歷史軌跡回放等問題，避免了運輸途中倒煤、飛煤、摻假事件的發生，有效減少了運輸風險，增加公司盈利能力，提高了石河子天富燃料運輸有限公司的經濟效益。

　　燃運車輛GPS監控系統的設計與實現中所涉及知識比較廣泛，信號與數據的流動和管理較為復雜。本文所設計的監控系統雖然可對燃運車輛實行實時定位監控，但在系統穩定運行的基礎上還需繼續對其進行優化。由于受到自然因素、人為原因的干擾，GPS信號仍會受到一定程度的影響，需要一些硬件或軟件方法來彌補。本系統適合于中小型運輸企業，考慮到燃煤運輸車輛多在偏遠地區行駛的情況，在監控系統更加穩定成熟后加入導航等一些輔助功能模塊。

　　參考文獻

　　[1] 袁安存.全球定位系統GPS原理與應用[M].大連：大連海事大學出版社，2000.

　　[2] 馬健.基于MapX組件開發的車輛監控系統的設計與實現[D].成都：西南交通大學，2009.

　　[3] 王東瑾.GPS車輛監控系統的設計與實現[D].北京：北京工業大學，2008.